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Les diamants ne sont plus seulement les meilleurs amis des joailliers. Une équipe de chercheurs de l’Université de Washington à Saint-Louis (WashU) vient de prouver qu’ils peuvent aussi être l’allié de la physique quantique.
Ils ont mené leur expérience sur un infime éclat de diamant, qu’ils ont exposé à des faisceaux d’azote à haute énergie. Cela a provoqué l’apparition de défauts atomiques, où des électrons se sont installés.
Or, dans l’univers quantique, les électrons ne sont pas juste de petites billes immobiles. Ils interagissent entre eux. Et ces interactions ont donné naissance à un quasi-cristal temporel.
Au total, plus d’un million de lacunes ont été créées dans le diamant, chacune mesurant à peine un micromètre. Trop petites pour être visibles à l’œil nu, elles ont été stimulées par des impulsions de micro-ondes. Ce qui a déclenché et organisé les oscillations temporelles du quasi-cristal.
Commençons par ce qu’est un cristal temporal
Les cristaux temporels ne sont pas une nouveauté en soi. Leur existence a été théorisée il y a une dizaine d’années et démontrée expérimentalement en 2016.
Pour comprendre ce que c’est, il suffit d’observer un diamant ou un quartz. Ces minéraux possèdent une structure atomique organisée qui se répète dans l’espace. Une organisation qui leur permet d’avoir des propriétés physiques uniques, comme la dureté ou la capacité à vibrer à des fréquences précises.
Par exemple, les oscillateurs à quartz utilisés dans les montres et les appareils électroniques exploitent cette structure répétitive pour mesurer le temps avec une grande précision.
Bref, un cristal temporel fonctionne sur un principe similaire. Sauf que la répétition ne se fait pas uniquement dans l’espace, mais aussi dans le temps. Les particules qui le composent oscillent à un rythme constant, créant une structure stable en quatre dimensions.
Chong Zu, professeur adjoint de physique à la WashU et l’un des auteurs de cette avancée, compare ces cristaux à une horloge qui n’aurait jamais besoin d’être remontée.
Théoriquement, ils devraient fonctionner indéfiniment. Toutefois, ils sont extrêmement fragiles. Heureusement, l’équipe de recherche a tout de même réussi à observer plusieurs centaines de cycles avant leur dégradation.
À quoi pourrait servir un tel cristal ?
La création d’un tel cristal représente une avancée théorique majeure, les chercheurs derrière l’étude peuvent en être fiers.
Toutefois, ces implications vont bien au-delà du laboratoire. Ils pourront transformer de nombreux domaines technologiques en exploitant leurs propriétés uniques.
Leur extrême sensibilité aux forces quantiques, comme le magnétisme, en ferait, par exemple, des capteurs d’une précision exceptionnelle. Des modèles capables de mesurer des phénomènes physiques sur de longues durées sans nécessiter de recalibrage.
Ils pourraient également révolutionner le chronométrage avec des horloges atomiques d’une stabilité inégalée. Contrairement aux oscillateurs à quartz, qui finissent par dériver et demandent des ajustements réguliers. Un cristal temporel maintiendrait un rythme constant tout en minimisant la perte d’énergie.
Leur structure particulière ouvrirait même de nouvelles perspectives pour le stockage de mémoire quantique. En conservant des informations sur de longues périodes sans dégradation, ils pourraient jouer un rôle clé dans le développement des futurs ordinateurs quantiques.
Chong Zu l’a évoqué en tout cas : « Ils pourraient, à terme, jouer un rôle similaire à celui de la mémoire vive dans les ordinateurs classiques, mais en version quantique »
Bien sûr, les chercheurs doivent encore apprendre à exploiter ces structures et à interpréter leurs signaux. Actuellement, ils ne peuvent que déclencher leurs oscillations sans encore les utiliser comme instrument de mesure du temps.
Mais la création d’un quasi-cristal temporel est déjà une première étape cruciale, comme le dit Chong Zu.
Alors, que pensez-vous de cette avancée ? Personnellement, je suis impressionnée. Et vous ?
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